JP7093199B2 - 封口体及び電池 - Google Patents
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Description
本発明は、封口体及びこの封口体を備える電池に関する。
電池は、開口を有する外装缶内に、セパレータを介して重ね合わされた正極及び負極を含む電極群が電解液とともに収容され、この外装缶の開口が封口体により密閉されることにより形成される。このような電池の一種として密閉型のニッケル水素二次電池が知られている。
ところで、密閉型のニッケル水素二次電池においては、正極と負極とを誤って充電してしまった場合（誤充電）、あるいは過充電してしまった場合、電池内にガスが異常発生して電池内の圧力が上昇してしまい、それにともない外装缶が変形して電池が破裂するおそれがある。そこで、このような電池の破裂を防止するために、密閉型のニッケル水素二次電池においては、電池内で発生したガスの圧力が一定の値を超えた場合に開弁してガスを外部に放出する安全弁を有する電池が種々開発されている（例えば、特許文献１等を参照）。
このような安全弁は、通常、封口体に配設されている。ここで、安全弁を有する封口体の構造は、例えば、以下の通りである。
封口体は、通気孔を有する封口板であって、外装缶の開口に嵌め合わされる封口板と、この通気孔を塞ぐように配置された弁体と、この弁体を収容するとともに正極端子を兼ねる正極キャップとを備えている。
正極キャップは、例えば、一方の端部が開口し、他方の端部が閉塞した円筒状の部材であり、詳しくは、円筒状の周壁と、この周壁の一方端に位置付けられた開口と、この開口の反対側の他方端に位置付けられた頂壁と、開口の周縁に設けられたフランジと、を有している。なお、この正極キャップの周壁にはガス抜き孔が設けられている。
上記した弁体は、弾性材料、例えば、ゴム系材料により形成されており、その形状は円柱状である。
この弁体は、正極キャップの内部に収容され、正極キャップの頂壁と、上記した封口板との間で圧縮された状態にあり、所定の圧力まで通気孔の開口端を閉塞し、電池の密閉性を保つ。
ここで、正極キャップは、上記のように弁体を収容した状態で、封口板に溶接される。詳しくは、正極キャップのフランジが封口板に、例えば、抵抗スポット溶接される。
上記した弁体は、電池内にガスが異常発生し、電池内のガスの圧力が上昇して、所定の圧力を超えると、そのガスの圧力により弁体が弾性変形し、封口板の通気孔を開く。これにより、電池内のガスは通気孔及び正極キャップのガス抜き孔を介して外部に放出され、電池の破裂は防止される。その後、電池内のガスの圧力の低下にともない弁体は元の形状に戻り封口板の通気孔を閉塞する。これにより、電池は再度密閉状態となる。
ところで、電池内のガスの圧力が上昇すると、弁体に圧力が加わり、それにともない、この弁体を押さえている正極キャップにも圧力が加わる。この場合、正極キャップにおいては、フランジが封口板から引き剥がされる方向に力が作用する。このため、正極キャップのフランジと封口板との溶接部においては、フランジが封口板から引き剥がされる方向に作用する力に耐え得る十分な溶接強度を確保する必要がある。
封口体においては、十分な溶接強度を持つ良好な溶接部が形成されているか否かを判定するため、通常、以下に示すような破壊検査が行われる。
まず、正極キャップと封口板との抵抗スポット溶接が完了して得られた封口体を準備する。そして、当該封口体に関し、工具を用いて封口板から正極キャップを引き剥がす。引き剥がし作業が終了した後、封口板及び正極キャップにおける、互いに当接していた面を観察し、えぐれた傷痕が有るか否かを確認する。ここで、抵抗スポット溶接では、溶接用の電極に挟まれた領域に電流が流され、当該領域において母材が溶融した後に凝固して形成された溶接部としての、いわゆるナゲットが形成される。抵抗スポット溶接の１スポット当たりの溶接強度は、基本的にナゲットの大きさに依存している。このため所定の大きさのナゲットが形成されれば、所定の溶接強度を持つ封口体が得られる。一方、ナゲットが小さすぎる、あるいはナゲットが形成されていない場合は、所定の溶接強度を持つ封口体は得られない。このため、所定の溶接強度を確保できる良好なナゲットが形成されていれば、封口体を引き剥がした場合、封口板又は正極キャップのフランジのどちらかが破断し、えぐれた傷が生じる。通常、封口体の総数に対する、全部のスポットにおいて傷痕が確認された封口体の個数の割合を求め、当該割合の百分率を傷痕の発生率とする。そして、この傷痕の発生率が高いものほど溶接強度が高く、傷痕の発生率が低いものほど溶接不良が起こっていると評価することが行われている。
上記のような破壊検査の結果、溶接不良が起こっていると判定された場合は、溶接の調整作業が行われる。
ところで、上記したような破壊検査においては、封口体の引き剥がし方等には個人差が生じ易く、安定した評価を行うことが難しい。特に、良好なナゲットが生じて所定の溶接強度を持つ封口体が形成されているにも拘わらず、えぐれた傷が生じないことがあり、傷痕の有無に関し誤判定をしてしまうことがある。このように、従来は、誤判定してしまう割合が比較的高く、本来は行う必要がない溶接の調整作業を行ってしまうことがあった。このため、溶接品質が安定した封口体を効率良く提供することが難しかった。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、封口体の破壊検査における誤判定を少なくすることができる封口体、及びこの封口体を備える電池を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、封口板と、前記封口板に溶接されている正極キャップと、を備えている封口体において、前記正極キャップは、円筒形状の胴体部と、前記胴体部の基端に位置付けられた開口の周縁に沿って設けられた円環状のフランジと、前記基端とは反対側の先端部を閉塞するように設けられた頂壁と、を含み、前記封口板と前記正極キャップとの溶接部は、前記封口板と前記フランジとが重なる領域にあり、前記フランジの中心から前記フランジの外周縁までの長さをＲとし、前記溶接部における前記フランジの径方向外側の端縁から前記フランジの外周縁までの長さをＸとした場合に、Ｒに対するＸの割合の百分率が０％以上、２％以下となる位置に位置付けられている、封口体が提供される。
また、前記溶接部は、前記フランジの周方向に等間隔に複数設けられている構成とすることが好ましい。
また、本発明によれば、上端に開口を有する外装缶と、前記外装缶の中に電解液とともに収容された電極群と、前記外装缶の開口を封口している封口体と、を備え、前記封口体は、上記した本発明に係る封口体である、電池が提供される。
本発明に係る封口体は、封口板と、前記封口板に溶接されている正極キャップと、を備えている封口体において、前記正極キャップは、円筒形状の胴体部と、前記胴体部の基端に位置付けられた開口の周縁に沿って設けられた円環状のフランジと、前記基端とは反対側の先端部を閉塞するように設けられた頂壁と、を含み、前記封口板と前記正極キャップとの溶接部は、前記封口板と前記フランジとが重なる領域にあり、前記フランジの中心から前記フランジの外周縁までの長さをＲとし、前記溶接部における前記フランジの径方向外側の端縁から前記フランジの外周縁までの長さをＸとした場合に、Ｒに対するＸの割合の百分率が０％以上、２％以下となる位置に位置付けられている。これにより、破壊検査における誤判定を抑制し、不要な溶接調整の回数を低減し、電池の製造効率の向上を図ることができ、電池の品質の安定化に貢献することができる。
本発明が適用されるアルカリ二次電池について、例えば、円筒型ニッケル水素二次電池（以下、電池という）２に本発明を適用した場合を例に図面を参照して説明する。
図１に示すように、電池２は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備えている。この外装缶１０は導電性を有し、その底壁３５は負極端子として機能する。外装缶１０の中には、電極群２２が収容されている。
この電極群２２は、それぞれ帯状の正極２４、負極２６及びセパレータ２８により形成される。詳しくは、電極群２２は、セパレータ２８を間に挟んだ状態で重ね合わされた正極２４及び負極２６が渦巻状に巻回されて形成される。電極群２２の最外周は負極２６の一部（最外周部）により形成され、外装缶１０の内周壁と接触している。即ち、負極２６と外装缶１０とは互いに電気的に接続されている。
更に、外装缶１０内には、所定量のアルカリ電解液（図示せず）が注入されている。このアルカリ電解液は、正極２４と負極２６との間での充放電反応を進行させる。このアルカリ電解液としては、一般的なニッケル水素二次電池に用いられるものが用いられる。例えば、水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。
セパレータ２８の材料としては、一般的なニッケル水素二次電池に用いられるものが用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン繊維製不織布を用いることが好ましい。
正極２４は、多孔質構造をなし多数の空孔を有する導電性の正極基材と、前記した空孔内及び正極基材の表面に保持された正極合剤とを含む。
このような正極基材としては、例えば、発泡ニッケルを用いることができる。
正極合剤は、正極活物質粒子、導電材、正極添加剤及び結着剤を含む。この結着剤は、正極活物質粒子、導電材及び正極添加剤を結着させると同時に正極合剤を正極基材に結着させる働きをする。ここで、結着剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロースなどを用いることができる。
正極活物質粒子は、水酸化ニッケル粒子又は高次水酸化ニッケル粒子である。
導電材としては、例えば、コバルト酸化物（ＣｏＯ）、コバルト水酸化物（Ｃｏ（ＯＨ）２）等のコバルト化合物及びコバルト（Ｃｏ）から選択された１種又は２種以上を用いることができる。
正極添加剤は、正極の特性を改善するために、必要に応じ適宜選択されたものが添加される。主な正極添加剤としては、例えば、酸化イットリウムや酸化亜鉛が挙げられる。
正極２４は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、正極活物質粒子の集合体である正極活物質粉末、導電材、正極添加剤、水及び結着剤を含む正極合剤スラリーを調製する。得られた正極合剤スラリーは、例えば発泡ニッケルに充填され、乾燥させられる。乾燥後、水酸化ニッケル粒子等が充填された発泡ニッケルは、ロール圧延されてから裁断される。これにより、正極合剤を保持した正極２４が製造される。
次に、負極２６について説明する。
負極２６は、帯状をなす導電性の負極芯体を有し、この負極芯体に負極合剤が保持されている。
負極芯体は、貫通孔が分布されたシート状の金属材であり、例えば、パンチングメタルシートを用いることができる。負極合剤は、負極芯体の貫通孔内に充填されるばかりでなく、負極芯体の両面上にも層状にして保持されている。
負極合剤は、水素吸蔵合金の粒子、負極添加剤、導電材及び結着剤を含む。ここで、水素吸蔵合金は、負極活物質である水素を吸蔵及び放出可能な合金である。水素吸蔵合金の種類としては、特に限定はされないが、希土類元素、Ｍｇ及びＮｉを含む希土類－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金が好適なものとして用いられる。上記した結着剤は水素吸蔵合金の粒子、負極添加剤及び導電材を互いに結着させると同時に負極合剤を負極芯体に結着させる働きをする。ここで、結着剤としては親水性もしくは疎水性のポリマーを用いることができ、導電材としては、カーボンブラック、黒鉛、ニッケル粉等を用いることができる。
負極添加剤は、負極の特性を改善するために、必要に応じ適宜選択されたものが添加される。
負極２６は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、水素吸蔵合金粉末と、導電材と、結着剤と、水とを準備し、これらを混練して負極合剤ペーストを調製する。なお、必要に応じて負極添加剤を更に添加しても構わない。得られた負極合剤ペーストは負極芯体に塗着され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等が付着した負極芯体はロール圧延を施されて水素吸蔵合金の充填密度を高められた後、所定形状に裁断され、これにより負極２６が製造される。
以上のようにして製造された正極２４及び負極２６は、セパレータ２８を介在させた状態で、渦巻き状に巻回され、これにより電極群２２が形成される。
上記したような電極群２２及びアルカリ電解液を収容した外装缶１０は、その開口に封口体１１が固定されている。この封口体１１は、封口板１４、弁体１８及び正極キャップ２０を含む。
封口板１４は、導電性を有する円板形状の部材であり、電池２の内側に位置する第１面１４ａと、この第１面１４ａとは反対側である電池２の外側に位置する第２面１４ｂとを有している。また、封口板１４の中央には、通気孔としての中央貫通孔１６が穿設されている。この中央貫通孔１６は、通常、後述する弁体１８により閉塞されている。外装缶１０の開口内には、封口板１４及びこの封口板１４を囲むリング形状の絶縁パッキン１２が配置され、封口板１４及び絶縁パッキン１２は外装缶１０の開口縁３７をかしめ加工することにより外装缶１０の開口縁３７に固定されている。
ここで、図１から明らかなように、外装缶１０内には、電極群２２と封口板１４との間に正極リード３０が配置されている。正極リード３０は、その一端が正極２４に接続され、その他端が封口板１４の第１面１４ａに接続されている。これにより、正極２４と封口板１４は電気的に接続されている。なお、封口板１４と電極群２２との間には円形の上部絶縁部材３２が配置され、正極リード３０は上部絶縁部材３２に設けられたスリット３９を通って延びている。また、電極群２２と外装缶１０の底部との間にも円形の下部絶縁部材３４が配置されている。
一方、封口板１４の第２面１４ｂには、金属製の板材を加工して製造された正極キャップ２０が電気的に接続されている。この正極キャップ２０は、弁体１８を収容する部品であるとともに、電池における正極端子となる部品である。よって、正極２４と正極端子（正極キャップ２０）とは、正極リード３０及び封口板１４を介して互いに電気的に接続される。
この正極キャップ２０は、図２に示すように、円筒形状の胴体部４０と、胴体部４０の基端４１の開口４５の周縁に設けられた円環状のフランジ４２と、基端４１とは反対側の先端部４３を閉塞するように設けられた頂壁４４とを有している。また、図２から明らかなように、胴体部４０の下部には側方へ開口するガス抜き孔４６が穿設されている。この正極キャップ２０は、弁体１８を覆うように配設され、フランジ４２の部分が封口板１４の第２面１４ｂに溶接されている。ここで、正極キャップ２０の胴体部４０の内径は、封口板１４の中央貫通孔１６の直径よりも大きい。
弁体１８は、一般的なニッケル水素二次電池に用いられているものが用いられる。好ましくは、例えば、ゴム系材料で形成された円柱状又は段付きの円柱状の弁体が用いられる。
ゴム系材料で形成された弁体１８は、弾性変形が可能であり、ある程度圧縮された状態で正極キャップ２０の中に収容されている。これにより、弁体１８は、頭部５２が正極キャップ２０の頂壁４４の内面に当接し、全体的に封口板１４に向けて押圧される。そして、弁体１８の本体部５４の基端面５８が中央貫通孔１６を覆い気密に閉塞する。つまり、弁体１８は、所定の圧力で中央貫通孔１６を塞いでいる。
電池２が過充電等されて、外装缶１０内にガスが異常発生して電池２内のガスの圧力が上昇し、その圧力が所定の圧力を超えると、弁体１８は圧縮されて変形し、中央貫通孔１６が開かれる。その結果、外装缶１０内から中央貫通孔１６及び正極キャップ２０のガス抜き孔４６を介して外部にガスが放出される。ガスの放出により電池２内のガスの圧力が下がると弁体１８は元の形状に戻り再度電池２を密閉する。
ここで、正極キャップ２０のフランジ４２は、封口板１４と重ね合わされて溶接される。この溶接により、フランジ４２と封口板１４とが重なる領域に溶接部（ナゲット）６０が形成される（図２参照）。本発明においては、この溶接部６０の位置が特定される。詳しくは、図３に示すように、フランジ４２の中心Ｃからフランジ４２の径方向外側に向かって延びる直線が仮想される。この仮想された直線は、フランジ４２の板面上には無数に仮想できるが、その中のある１本を第１仮想線６２とする。そして、この第１仮想線６２上に位置付けられている溶接部６０を第１溶接部６１とする。この第１溶接部６１の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、円形とすることが好ましい。
そして、第１仮想線６２上において、フランジ４２の中心Ｃからフランジの外周縁６４までの長さをＲとする。なお、このＲは、フランジ４２の半径、すなわち正極キャップ２０の半径に相当する。
また、第１仮想線６２上において、溶接部６０におけるフランジ４２の径方向外側の端縁６６からフランジ４２の外周縁６４までの長さをＸとする。
このように仮定した場合に、Ｒに対するＸの割合を百分率として求め、その百分率が０％以上、２％以下の範囲となるように、Ｘの値を設定する。
ここで、Ｒに対するＸの割合が０％の状態とは、フランジ４２を平面視した際に、フランジ４２の外周縁６４と溶接部６０におけるフランジ４２の径方向外側の端縁６６とが重なる状態を指す。そして、Ｒに対するＸの割合が２％の長さとは、Ｘの長さがＲ（フランジ４２の半径）の長さの２％に相当する長さを指す。
正極キャップ２０と封口板１４との溶接が行われ、得られた封口体１１については、従来から行われている破壊検査が行われる。
上記したＲに対するＸの割合が２％を超えている封口体１１について破壊検査を行うと、封口体１１の引き剥がし方等の個人差の影響を受け易く、傷痕の有無の誤判定が起こり易くなる。
上記したＲに対するＸの割合が２％以下であれば、破壊検査の際、母材が破断し易く、溶接部（ナゲット）６０が形成されていれば母材は確実にえぐれて傷痕が生じるので、傷痕の有無の判定の安定性が増す。
本発明においては、溶接部６０の個数は特に限定されるものではないが、フランジ４２の周方向に等間隔で複数形成されている態様とすることが好ましい。本実施形態においては、図３に示すように、フランジ４２の周方向に等間隔で４個の溶接部６０が形成されている。
上記した封口板１４とフランジ４２との間の溶接は、抵抗スポット溶接に限定されるものではなく、プロジェクション溶接を採用することもできる。プロジェクション溶接では、例えば、図４に示すように、正極キャップ２０のフランジ４２にエンボス加工を施すことにより封口板側に突出する突起６８が形成されている正極キャップ２０を準備し、当該正極キャップ２０と封口板１４とを加圧して接触させ、この状態で電流を流す。これにより、突起６８の部分に電流が集中し、抵抗熱が発生する。そして、フランジ４２の突起６８の部分及び封口板１４における突起６８に接する部分が溶融した後に凝固して、溶接部６０が形成される。このプロジェクション溶接の場合、突起６８の平面視形状と、通電後に形成される溶接部６０の平面視形状とは、ほぼ同じ形状となる。つまり、突起６８の平面視形状が円形の場合、通電後に形成される溶接部６０の平面視形状も円形となり、これら突起６８及び溶接部６０の直径はほぼ一致する。このため、プロジェクション溶接を行う場合、フランジ４２に設ける突起６８については、フランジ４２の径方向外側の端縁６９からフランジ４２の外周縁６４までの長さを、上記したＸと等しくすることが好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、封口体１１における溶接部６０の位置を特定することで、破壊検査における溶接の合否判定の正確性を高められ、不要な溶接条件の調整作業の回数を削減することができ、高品質な封口体１１、ひいては高品質の電池２を効率良く安定して供給することができる。
［実施例］
１．ニッケル水素二次電池の製造
（実施例１）
（１）封口体の製造
まず、ニッケル水素二次電池に一般的に用いられている、エチレンプロピレンジエンゴム製の弁体１８を準備した。この弁体は、例えば、図２に示すように、円柱状の頭部５２と、頭部５２よりも縮径されており、当該頭部５２と同軸上に位置する円柱状の本体部５４とを有する段付きの円柱形状をなしている。
次に、厚さ０．２ｍｍのニッケルめっき鋼板に対し、打ち抜き加工及びプレス加工を施し、フランジ付き円筒体形状の正極キャップの中間製品を製造した。得られた中間製品のフランジ部分にエンボス加工を施し、フランジの周方向を４等分した位置に突起６８を４個形成し、図４に示すような正極キャップ２０を製造した。ここで、正極キャップ（フランジ４２）２０の半径Ｒは４．９ｍｍ、突起６８の半径は０．６ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０．１ｍｍとした。このとき、Ｒに対するフランジの外周縁から突起の端縁までの長さの割合は、２．０％である。
また、厚さ０．２ｍｍのニッケルめっき鋼板に対し、打ち抜き加工を施し、中央に中央貫通孔１６が設けられている円盤状の封口板１４を製造した。
次に、弁体１８を正極キャップ２０の内部に収容するとともに、この正極キャップ２０を封口板１４の第２面１４ｂ上に重ね、所定の圧力をかけてプロジェクション溶接を行った。このとき、弁体１８は封口板１４の中央貫通孔１６を塞ぐ位置に配設した。このようにして封口体１１を製造した。
上記した手順を繰り返し、封口体１１を複数製造した。
ここで、溶接が完了した封口体１１に対して、断面観察を行い、溶接部６０の半径及びフランジ４２の外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定した。その結果、溶接部６０の半径は０．６ｍｍであった。また、Ｘの長さは０．１ｍｍであったので、Ｒに対するＸの割合の百分率は、２．０％である。このように、突起６８の位置と溶接部６０の位置とは同じとなる。
（２）封口体の破壊検査
上記のようにして製造された封口体１１につき、所定ロットから所定の個数の封口体１１を抜き取ってサンプルを取得し、得られたサンプルに対し、所定の工具を用いて正極キャップ２０と封口板１４とを引き剥がして破壊検査を行った。引き剥がされた正極キャップ２０のフランジ４２及び封口板１４の接合面を観察し、溶接部６０に相当する部分において４箇所ともえぐれた傷痕が確認できたサンプルの個数をカウントした。そして、サンプルの総数に対する４箇所ともえぐれた傷痕が確認できたサンプルの個数の割合の百分率を求め、得られた結果を４ナゲット率として、表１に示した。
（３）断面観察
破壊検査において、溶接部６０に相当する部分４箇所のうち何れかで傷痕が確認できず、不良判定となったサンプルにつき、溶接部断面の金属組織観察を行い、溶接部（ナゲット）が実際に形成されているか否かを観察した。そして、不良判定となったサンプルの中から実際は溶接部（ナゲット）が形成されていた誤判定サンプルの数をカウントした。その後、不良判定となったサンプルの総数に対する誤判定サンプルの個数の割合の百分率を求め、得られた結果を誤判定率として、表１に示した。
（４）円筒型ニッケル水素二次電池の組み立て
次に、一般的なニッケル水素二次電池に用いられる正極２４及び負極２６をこれらの間にポリプロピレン繊維製不織布により形成されたセパレータ２８を挟んだ状態で渦巻状に巻回し、電極群２２を製造した。
得られた電極群２２を、有底円筒形状の外装缶１０内に、アルカリ電解液としての水酸化ナトリウム水溶液とともに収容した。
次いで、上記した破壊検査において、溶接部６０に相当する部分４箇所のうち何れかで傷痕が確認できなかったサンプルが含まれているロットについては、溶接条件を調整し再度溶接を行った。そして、溶接条件の調整済みのロットの封口体を良品判定されたロット（溶接部６０に相当する部分４箇所ともえぐれた傷痕が確認できたサンプルが含まれていたロット）の封口体と合わせて、所定個数の封口体を準備した。このように準備した封口体１１と正極２４とを正極リード３０で電気的に接続し、その後、当該封口体１１を、絶縁パッキン１２を介して外装缶１０の上端の開口にかしめ固定した。このようにして電池２を組み立てた。
（実施例２）
正極キャップ２０（フランジ４２）の半径Ｒは４．６５ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして封口体１１及び電池２を製造した。フランジの外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定したところ０ｍｍであった。つまり、Ｒに対するＸの割合の百分率は、０％である。なお、実施例２の封口体においては、溶接部６０に相当する部分４箇所のうち何れかで傷痕が確認できなかったサンプルがなく、４ナゲット率が１００％であったので、溶接条件の調整は行う必要はなかった。
（比較例１）
正極キャップ２０（フランジ４２）の半径Ｒは７．３ｍｍ、突起６８の半径は０．７５ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０．３ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして封口体１１及び電池２を製造した。なお、フランジの外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定したところ０．３ｍｍであった。つまり、Ｒに対するＸの割合の百分率は、４．１％である。
（比較例２）
正極キャップ２０（フランジ４２）の半径Ｒは６．０ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０．３ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして封口体１１及び電池２を製造した。なお、フランジの外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定したところ０．３ｍｍであった。つまり、Ｒに対するＸの割合の百分率は、５．０％である。
（比較例３）
正極キャップ２０（フランジ４２）の半径Ｒは５．６５ｍｍ、突起の半径は０．６ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０．２ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして封口体１１及び電池２を製造した。なお、フランジの外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定したところ０．２ｍｍであった。つまり、Ｒに対するＸの割合の百分率は、３．５％である。
（比較例４）
正極キャップ２０（フランジ４２）の半径Ｒは４．８５ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０．２ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして封口体１１及び電池２を製造した。なお、フランジの外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定したところ０．２ｍｍであった。つまり、Ｒに対するＸの割合の百分率は、４．１％である。
（比較例５）
正極キャップ２０（フランジ４２）の半径Ｒは３．１ｍｍ、突起の半径は０．４ｍｍ、フランジの外周縁６４から突起６８の端縁（フランジの径方向外側の端縁）６９までの長さは０．１９ｍｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして封口体１１及び電池２を製造した。なお、フランジの外周縁６４から溶接部６０のフランジにおける径方向外側の端縁６６までの長さＸを測定したところ０．１９ｍｍであった。つまり、Ｒに対するＸの割合の百分率は、６．１％である。
２．得られた電池のキャップ外れ発生率
実施例１、比較例１、比較例２、比較例４及び比較例５の電池２の組立工程において、実際に正極キャップの外れが発生した電池２の個数を数えた。そして、全電池数に対する正極キャップ外れが発生した電池の個数の割合を、実施例１、比較例１、比較例２、比較例４及び比較例５について求めた。その結果をキャップ外れ発生率として表１に併せて示した。
２．考察
表１より、Ｒに対するＸの割合が４．１％以上である比較例１～５は、４ナゲット率が５０～７０％である。この場合、溶接部６０に相当する部分４箇所のうち何れかで傷痕が確認できないとして不良判定を受けたサンプルが３０～５０％存在していたことになる。しかし、不良判定を受けたサンプルについて断面観察を行い、誤判定率を求めたところ、３０～５０％の割合で誤判定されたサンプルが存在していることがわかった。つまり、良好な溶接部が形成されている封口体の一部について、不良品の判定がなされていた。このため、不要な溶接の調整作業が行われる状況であったといえる。
不要な溶接の調整作業は、不良品発生の原因になり得る。例えば、溶接条件は適切であるのに、誤判定により溶接調整が必要と判断してしまい溶接電流値を上げる等の調整を行うと、爆飛などが生じて正極キャップの溶接不良が発生することがある。この場合、得られる電池においては、製造工程中に溶接不良に起因する正極キャップの外れが生じてキャップ外れ発生率の上昇につながると考えられる。比較例１、２、４、５においては、キャップ外れ発生率が０．０２～０．１０ｐｐｍとなっており、正極キャップの外れが生じていた。
これに対し、Ｒに対するＸの割合が２．０％以下である実施例１、２は、４ナゲット率が９０～１００％である。つまり、実施例１、２の封口体は、良好な溶接部が形成されていれば、破壊検査に際し、えぐられた傷が比較例の封口体よりも確実に形成される。このため傷痕の判定の精度が上がるといえる。
この実施例１、２においては、誤判定率は０％～１０％であり、良好な溶接部が形成されている状態を誤判定する割合が極めて低く、容易に良品か不良品かの確認をすることができているといえる。このことから、４ナゲット率が向上すれば、誤判定率が低下するといえる。
上記のように、４ナゲット率が向上すれば、誤判定が減り、不要な溶接の調整作業の頻度が減る。その結果、不要な溶接の調整作業に起因する溶接不良が潜在することを抑制することができる。溶接不良が潜在する割合が減れば、得られる電池において、製造工程中に正極キャップの外れが生じるキャップ外れ発生率の低下につながると考えられる。実施例１においては、キャップ外れ発生率が０ｐｐｍとなっており、正極キャップの外れが生じていない良好な結果が得られている。
以上より、本発明によれば、封口体の溶接部における良又は不良の検査を、誤判定することを少なくして確実に行うことができ、不要な溶接の調整作業を行う回数を低減させることができる。その結果、高品質な封口体、ひいては高品質の電池を安定して供給することができるとともに、電池の製造効率の向上を図ることができる。
なお、本発明は上記した一実施形態及び実施例に限定されることはなく、種々の変形が可能であって、例えば、電池の種類は、ニッケル水素二次電池に限定されず、ニッケル－カドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよい。
＜本発明の態様＞
本発明の第１の態様は、封口板と、前記封口板に溶接されている正極キャップと、を備えている封口体において、前記正極キャップは、円筒形状の胴体部と、前記胴体部の基端に位置付けられた開口の周縁に沿って設けられた円環状のフランジと、前記基端とは反対側の先端部を閉塞するように設けられた頂壁と、を含み、前記封口板と前記正極キャップとの溶接部は、前記封口板と前記フランジとが重なる領域にあり、前記フランジの中心から前記フランジの外周縁までの長さをＲとし、前記溶接部における前記フランジの径方向外側の端縁から前記フランジの外周縁までの長さをＸとした場合に、Ｒに対するＸの割合の百分率が０％以上、２％以下となる位置に位置付けられている、封口体である。
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記溶接部は、前記フランジの周方向に等間隔に複数形成されているものである。
本発明の第３の態様は、上端に開口を有する外装缶と、前記外装缶の中に電解液とともに収容された電極群と、前記外装缶の開口を封口している封口体と、を備え、前記封口体は、上記した本発明の第１の態様又は第２の態様の封口体である、電池である。
２ ニッケル水素二次電池
１０ 外装缶
１２ 絶縁パッキン
１１ 封口体
１４ 封口板
１８ 弁体
２０ 正極キャップ（正極端子）
２４ 正極
２６ 負極
２８ セパレータ
４２ フランジ
６０ 溶接部（ナゲット）
６４ 外周縁
６６ 端縁
１０ 外装缶
１２ 絶縁パッキン
１１ 封口体
１４ 封口板
１８ 弁体
２０ 正極キャップ（正極端子）
２４ 正極
２６ 負極
２８ セパレータ
４２ フランジ
６０ 溶接部（ナゲット）
６４ 外周縁
６６ 端縁
Claims (3)
- 封口板と、前記封口板に溶接されている正極キャップと、を備えている封口体であって、電池の外装缶における上端の開口を封口する封口体において、
前記封口板は、
前記外装缶の内側に位置付けられる第１面と、前記第１面の裏側である前記外装缶の外側に位置付けられる第２面とを有しており、
前記正極キャップは、
円筒形状の胴体部と、前記胴体部の基端に位置付けられた開口の周縁に沿って設けられた円環状のフランジと、前記基端とは反対側の先端部を閉塞するように設けられた頂壁と、を含み、
前記フランジは、前記外装缶の側に位置付けられる底面、及び前記底面の裏側の面である前記外装缶と反対側に位置付けられる上面を有しており、
前記封口板と前記正極キャップとの溶接部は、前記封口板と前記フランジとが重なる領域であって、前記封口板の前記第２面と前記フランジの前記底面との間の領域にあり、前記フランジの中心から前記フランジの外周縁までの長さをＲとし、前記溶接部における前記フランジの径方向外側の端縁から前記フランジの外周縁までの長さをＸとした場合に、Ｒに対するＸの割合の百分率が０％以上、２％以下となる位置に位置付けられている、封口体。 - 前記溶接部は、前記フランジの周方向に等間隔に複数形成されている、請求項１に記載の封口体。
- 上端に開口を有する外装缶と、前記外装缶の中に電解液とともに収容された電極群と、前記外装缶の開口を封口している封口体と、を備え、
前記封口体は、請求項１又は２に記載の封口体である、電池。
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